Программы для разработки, тестирования оптических систем - [187] :: Программы

Paredam

Цитата:

У меня почему-то такое ощущение, что при расчетах Zemax не принимает во внимание дифракцию, а просто тупо добавляет фазовый сдвиг в зависимости от высоты падения луча на поверхность.

Ммм, вы ведь помните, что условие точечного изображения - равенство оптических путей для лучей по апертуре. Если бы Земакс просто добавлял фазовый сдвиг, то тогда бы чем Binary отличалась от обычной асферической линзы, которая тоже рассчитана с учётом равенства опт. путей? Возможно, что Вы просто выподзабыли, что у Binary есть столбец Diffract order. Если его менять, то и форма профиля должна меняться, т.е дифракция всё же учитывается:

Paredam

Цитата:

а просто тупо добавляет фазовый сдвиг в зависимости от высоты падения луча на поверхность.
Хотя, исходя из принципа Френеля, это наверное и есть учет дифракции.

Да так и есть, наверное. За "наверное" самому себе стыдно за то, что давно в этом во всём не разобрался, т.е. в волновых делах.
Получается, что каждая из зон киноформа производит дифракционный пучок с большой расходимостью и большим дифф. пятном в фокусе. Это если рассматривать отдельно одну зону, а если засветить все зоны, то это большое дифф. пятно "странным" образом улетучивается и становится маленьким. Такие дела. )))
Это мне напоминает одно непонимание, которое у меня возникло при чтении про адаптивные зеркала больших телескопов. Я напомню, что такие телескопы состоят из набора малых зеркал, поэтому у меня однажды и возникло непонимание того как может работать такой телескоп, если у маленького зеркала с большим фокусом получается огромный дифф. кружок. В моём представлении тогда было то, что от суммарное разрешение такого телескопа определяется размером малого зеркала, а от того, что их много, так просто повышалась светосила. К примеру, 10-метровый телескоп Keck. Как видно, зеркала разделены промежутками, т.е. не работают как одно:

Я однажды об этом спросил у одного профессионала в телескопостроении, для которого телескопы одновременно наука и увлечение. Он мне ответил, что разделённость зеркал не влияет на разрешение, которое равно разрешению большого зеркала. Тогда я не стал уточнять почему именно это так. Как-то хотел зарегиться на астрофоруме и спросить об этом у профи. )))
Полагаю, что и правда при взаимном сближении множества малых зеркал происходит в общем фокусе уменьшение дифф. пятна. Чем ближе зеркала, тем пятно меньше, что кажется невероятным лично для меня. Не знаю, в киноформе тоже такая аналогия происходит, наверное, только там эти зоны даже без промежутков.
Как читал, то даже в видимом диапазоне можно получать хорошее качество с киноформами, что CANON в каких-то фотообъективах использует, вроде.

Paredam

Цитата:

Зоны, зубцы и прочее - только некая интерпретация для производства.
Абсолютно точно, Zemax не учитывает затенение, преломление на боковых гранях и прочее.
Это можно посчитать в FRED. Специально обсуждал с ними этот вопрос.

Это понятно, конечно. В моём случае из линзы выходит условно параллельный пучок и грани зубцов оказываются параллельны оптической оси, т.е. есть надежда, что влияние затенения в этом случае окажется минимальным.
У меня попробовать FRED руки так и не дотянулись за эти годы, так что конкретно про него не скажу, но знаю, что верная симуляция волновых эффектов может быть для программ, которые используют в расчёте метод конечных разностей во временной области (англ. Finite Difference Time Domain, FDTD), т.е. прямое решение уравнений Максвелла. К примеру, КОМСОЛ может с модулем "Wave Optics Module", но я его не изучал. Я могу это посчитать в ASAP, но там свой алгоритм расчёта основанный на трассировке гауссовых пучков, который не работает если размер отверстия или какой-то преграды на пути пучка оказывается равным или меньше длины волны пучка. Зато в него организован загон предварительно рассчитанного фронта из другой канадской оптической программы Lumerical (https://www.lumerical.com/), которую я с удивлением нашел на рутрекере: http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=4919505 , но только таблетку пришлось качать на китайском сайте. Ещё её не устанавливал, так что не знаю что сказать про неё.
Вообщем, FRED не единственный точно. )))

Paredam

Цитата:

С адаптивными зеркалами все просто и сложно. Каждый сегмент обязательно согласован по фазе с другими серментами.

Звучит конечно просто, но мне всё же непонятна фраза "согласован по фазе". Оптические пути равны, что ли? Так так и должно быть изначально. Вот конкретно на вышеприведённом зеркале телескопа не знаю какие зазоры между зеркалами, но они очень хорошо просматриваются, т.е. они минимум сантиметр или даже два. И до скольких величин этот зазор можно увеличивать, чтобы зеркала оставалось цельным, т.е. чтобы чтобы кружок 2,44*f*lambda/D был в размере таким, как если зеркало большое, а не часть? А если зазор между зеркалами 10 см или больше? Не пойму. )))
Везде большие зазоры.

Paredam

Цитата:

Относительно Zemax моделирования
Binary optics, also called kinoforms

efficiency - это сколько энергии в указанный порядок пошло, а multiple order diffraction - расчёт для нескольких порядков дифракции, если не ошибаюсь. Ну, так без этого можно обойтись. Считает же нужное, вроде. )))

Paredam

Цитата:

Ноги FRED растут из ASAP. Более того, изначальта была таже команда, которая перенесла все флгоритмы на новую платформу.

Понятно. Т.е. получается, что просто прикрутили другой фэйс для того же ASAP. )))
В Вики глянул и там написано:

"Fred Optical Engineering Software (FRED) is a commercial 3D CAD computer program for optical engineering used to simulate the propagation of light through optical systems. Fred can handle both incoherent and coherent light using Gaussian beam propagation. The program offers a high level of visualization using a WYSIWYG (What You See Is What You Get) parametric interface."

Я специально выделил "Gaussian beam propagation" потому, что на этом же принципе и работает ASAP, поэтому FRED имеет те же ограничения, что и ASAP, а именно - не может считать при размере длины волны сопоставимой с размерами отверстий, препятствий, объектов и пр. Я специально в ASAP для проверки запустил файл с двумя щелями, на которые падает излучение и наблюдается интерференция на экране. Я уменьшал длину волны до ширины щелей, после чего ASAP выдал ошибку.
Всё об этом написано в доках АСАПА, хотя и не сразу найдёшь:

The Gaussian beam superposition algorithm in ASAP is extremely powerful, however, it does have some limitations. The method tends to break down when you simulate aperture dimensions (or object spatial frequencies) that are near to or below the wavelength of light. However, this does not mean you cannot simulate diffraction gratings and small apertures. Diffraction gratings are handled macroscopically with the grating equation and not by constructing the small structure of the grating. In a similar sense, apertures are handled with a special decomposition technique instead of simply clipping Gaussian beams. This limitation generally implies that it cannot simulate physical optics phenomena that do not have a ray equivalent model. Propagation in a single mode fiber is an example. This is purely a diffractive phenomenon with no equivalent ray trace model. However, this does not mean you cannot simulate such optical systems in ASAP. ASAP provides hooks to input and output arbitrary fields that can be decomposed into Gaussian beams. So, for example, even if ASAP cannot simulate propagation in a single mode fiber, you could still model the optical system up to the fiber, and output the complex field at the fiber face to an external simulation program that simulates fiber. You could then decompose the results from the external program back into an ASAP optical field to continue the simulation in ASAP.

В случае киноформа именно и получается, что маленькие бинарные ступеньки по размеру сопоставимы и даже меньше длины волны, т.е. FRED или чистый ASAP бесполезный. Если вам и ответили из FRED, что возможен учет рассеяний на зубцах, то просто потому, что не был конкретно указан размер зубцов и длина волны.
ASAP в этом смысле более крутой, так как он всё же считает такие вещи путём импорта данных из программы Lumerical, которая считает фронт без трассировки гаусссовых пучков, а решая уравнения Максвелла:

"Breault Research Organization (BRO) has engaged in a partnership with Lumerical, an innovative technology company based in Vancouver, Canada. This collaboration grants optical engineers access to a broad range of design and analysis tasks previously considered inaccessible.
As a result of this partnership, users will be able to readily share the enormous resources of a full-vector Maxwell solver with the power and flexibility of the Advanced Systems Analysis Program (ASAP®) from BRO to accomplish system-level analyses in such applications as micro-optics, optical audio and video devices, projection systems, bio-optics instrumentation, and more.
The ASAP PRO edition from Breault Research Organization, Inc. supports finite-difference, time-domain (FDTD) simulations via field distribution import from FDTD Solutions™ by Lumerical. It also calculates and stores detailed history information for every ray that is traced, allowing more detailed analysis of problem paths through your system."

Сейчас глянул, так FRED тоже может импортировать такие данные о волновом фронте.

Короче говоря, одной идеальной программы "всё в одном" не знаю. )))
Вот есть бесплатная OptiFDTD для некоторых волновых расчётов:
http://optiwave.com/resources/academia/free-fdtd-download/

Модерирует : gyra, Maz
Maz (02-03-2017 13:42): Программы для разработки, тестирования оптических систем. Часть 3	Версия для печати • Подписаться • Добавить в закладки
Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199